Experimentelle Entwicklung und Untersuchung eines Verfahrens zur Gewinnung von Mangan aus hochkohlenstoffhaltigem Ferromangan mittels Hochtemperaturdestillation

Mangan hat eine besondere Bedeutung in der Herstellung von Stahl und Gusseisen,

zum einen wird es in verhältnismäßig großen Mengen als Legierungselement
eingesetzt, zum anderen kann es in bestimmten Qualitäten als Nickelersatz für
Austenitgüten verwendet werden. Darüber hinaus verbessert es in werkstofftechnischer
Hinsicht die Duktilität und Härtbarkeit von Stählen, wobei das Potential
bezüglich der Anwendbarkeit noch nicht ausgeschöpft ist. Aufgrund der vielfältigen
Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten besteht eine hohe Nachfrage
nach metallischem Mangan und Ferromanganlegierungen. Allerdings macht
das energieintensive Herstellungsverfahren Mangan im Allgemeinen zu einem
relativ teuren Legierungsmittel. Insbesondere dann, wenn hohe Mangangehalte
in einer Stahllegierung einzustellen sind, müssen aufgrund der Anforderung
nach einem niedrigen Kohlenstoffgehalt in der Zielzusammensetzung bei der
Wahl des Ferromangans bzw. metallischen Mangans Qualitäten mit niedrigen
Kohlenstoffgehalten eingesetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte auf
Grundlage von Laborversuchen am Institut für Technologien der Metalle ein
Versuchsaufbau entwickelt werden, der die Trennung von Eisen und Mangan
in erforderlicher Qualität ermöglicht. Dabei wurde darauf geachtet, dass das
neue Herstellungsverfahren metallischen Mangans im großtechnischem Maßstab
dargestellt und als integrierter Bestandteil eines bestehenden vakuummetallurgischen
hüttentechnischen Prozesses etabliert werden kann. Vorteile dieses
Prozesses sind ein geringerer Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt der behandelten
Schmelze durch die Ausnutzung des thermodynamischen Grundprinzips und
des Verschiebens des druckabhängigen Gleichgewichts und der Verdampfung
des Mangans im Rahmen einer spezifischen Vakuumbehandlung. Nach diesem
Prinzip lässt sich reines Mangan aus hochkohlenstoffhaltigem Ferromangan
aufgrund der hohen Dampfdruckunterschiede von Eisen und Mangan herstellen.
Es zeichnet sich durch eine hohe Reinheit aus und kann als ergänzende Methode
zu den bekannten hydrometallurgischen Verfahren betrachtet werden, vor allem
dann, wenn ohnehin eine vakuummetallurgische Behandlung des Ferromangans
erfolgt.

Manganese has a special importance in the production of steel and cast iron,
on the one hand it is used in relatively large quantities as an alloying element,
on the other hand it can be used in certain qualities as a nickel substitute for
austenite steel grades. In addition, it improves the ductility and hardenability
of steels in terms of material technology, with the potential for applicability not
yet being exhausted. Typically, manganese is often used as an alloy element in
steelmaking processes only after BOF treatment. Due to the diverse properties
and applications there is a high demand for manganese metal and manganese
ferroalloys. However, the energy intensive manufacturing process generally
makes manganese a relatively expensive alloying agent. In particular, when high
levels of manganese are to be set in a steel alloy, the choice of ferromanganese
or manganese metal is limited to material with low carbon content due to
the requirement for a low carbon content in the target composition. On the
basis of laboratory tests at the Institute for Technologies of Metals, a test
setup could be developed which enables the separation of iron and manganese
in the required quality. It was ensured that the new production process of
manganese metal can be used on an industrial scale and established as an
integral part of an existing metallurgical process. Advantages of this process
are a lower carbon and oxygen content of the treated melt by taking advantage
of shifting the pressure-dependent equilibrium. In this way, one makes use of
the well-known phenomenon that manganese evaporates from high-manganese
alloys in vacuum treatment. Pure manganese can be produced from high-carbon
ferromanganese by exploiting the high vapor pressure differences between iron
and manganese using the same principle. It is characterized by high purity and
can be considered as a complementary method to the known hydrometallurgical
process, especially if a vacuum metallurgical treatment of the ferromanganese
takes place anyway.

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